Halaman ini berisi artikel tentang dinamika fluida. Untuk aksioma aljabar, lihat Sifat Archimedes. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya apung ke atas yang diberikan pada benda yang direndam dalam cairan, baik yang terendam seluruhnya atau sebagian, sama dengan berat cairan yang dipindahkan benda tersebut dan bekerja dalam arah ke atas di pusat massa dari cairan yang dipindahkan.[1] Prinsip Archimedes adalah hukum fisika yang mendasar bagi mekanika fluida. Hukum ini dirumuskan oleh Archimedes dari Sirakusa.[2]
Dalam On Floating Bodies, Archimedes menyatakan bahwa [sekitar 250 SM]:
Setiap benda, yang direndam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida, diangkat oleh gaya yang sama besarnya dengan berat fluida yang dipindahkan oleh objek.
Prinsip Archimedes memungkinkan gaya apung suatu objek yang sebagian atau seluruhnya terendam dalam fluida untuk dihitung. Gaya ke bawah pada objek hanyalah beratnya. Gaya ke atas, atau gaya apung pada objek adalah yang dinyatakan oleh prinsip Archimedes, di atas. Dengan demikian, gaya total pada objek adalah selisih antara besarnya gaya apung dan beratnya. Jika gaya total ini positif, objek naik; jika negatif, objek akan tenggelam; dan jika nol, objek itu melayang – artinya, benda itu tetap di tempatnya tanpa naik atau tenggelam. Dengan kata-kata sederhana, prinsip Archimedes menyatakan bahwa, ketika suatu benda sebagian atau seluruhnya terendam dalam cairan, benda mengalami penurunan berat yang sama dengan berat cairan yang dipindahkan oleh bagian tubuh yang terbenam.
Pertimbangkan kuboid yang direndam dalam cairan, dengan salah satu [karenanya dua: atas dan bawah] sisi-sisinya ortogonal terhadap arah gravitasi [diasumsikan konstan di seluruh kubus]. Cairan akan memberikan gaya normal pada setiap sisi, tetapi hanya gaya normal di sisi atas dan bawah yang akan berkontribusi terhadap gaya apung. Perbedaan tekanan antara permukaan bawah dan permukaan atas berbanding lurus dengan tinggi [perbedaan kedalaman perendaman]. Mengalikan perbedaan tekanan dengan luas sisi tersebut memberikan gaya total pada kuboid – gaya apung, besarnya sama dengan berat cairan yang dipindahkan oleh kuboid. Dengan menjumlahkan cukup banyak kuboid kecil alasan ini dapat diperluas ke bentuk tidak teratur, dan dengan demikian, apa pun bentuk tubuh yang terendam, gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan.
berat fluida yang dipindahkan = berat benda dalam vakum − berat benda dalam fluida {\displaystyle {\text{ berat fluida yang dipindahkan}}={\text{berat benda dalam vakum}}-{\text{berat benda dalam fluida}}\,}Berat fluida yang dipindahkan berbanding lurus dengan volume fluida yang dipindahkan [jika fluida di sekitarnya memiliki massa jenis yang seragam]. Berat benda dalam fluida seolah-olah berkurang, karena gaya apung yang bekerja padanya. Secara sederhana, prinsip menyatakan bahwa gaya apung [Fb] pada suatu benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh objek, atau massa jenis [ρ] fluida dikalikan dengan volume yang terendam [V] dikalikan gravitasi [g].[1][3]
Kita dapat mengungkapkan hubungan ini dalam persamaan:
F b = ρ g V {\displaystyle F_{b}=\rho gV}di mana F b {\displaystyle F_{b}} menunjukkan gaya apung yang diberikan kepada objek yang terendam, ρ {\displaystyle \rho } menunjukkan massa jenis fluida, V {\displaystyle V} mewakili volume fluida yang dipindahkan dan g {\displaystyle g} adalah percepatan gravitasi. Dengan demikian, di antara objek-objek yang seluruhya terendam dengan massa yang sama, objek dengan volume yang lebih besar memiliki gaya apung yang lebih besar.
Misalkan berat batu diukur sebagai 10 newton ketika digantung pada tali dalam ruang hampa dengan gravitasi batu itu. Misalkan, ketika batu diturunkan ke dalam air, batu itu memindahkan air dengan berat 3 newton. Gaya yang diberikan batu pada tali adalah 10 newton dikurangi gaya apung 3 newton: 10 − 3 = 7 newton. Gaya apung mengurangi berat benda yang telah tenggelam sepenuhnya ke dasar laut. Pada umumnya lebih mudah mengangkat benda melalui air daripada menariknya keluar dari air.
Untuk objek yang sepenuhnya terendam, prinsip Archimedes dapat dirumuskan ulang sebagai berikut:
berat benda dalam fluida = berat benda − berat fluida yang dipindahkan {\displaystyle {\text{berat benda dalam fluida}}={\text{berat benda}}-{\text{berat fluida yang dipindahkan}}\,}kemudian dimasukkan ke hasil bagi berat, yang telah diperluas oleh volume mutual
massa jenis benda massa jenis fluida = berat berat fluida yang dipindahkan {\displaystyle {\frac {\text{massa jenis benda}}{\text{massa jenis fluida}}}={\frac {\text{berat}}{\text{berat fluida yang dipindahkan}}}}menghasilkan formula di bawah ini. Massa jenis benda yang direndam relatif terhadap massa jenis fluida dapat dengan mudah dihitung tanpa mengukur volume apa pun
massa jenis benda massa jenis fluida = berat berat − berat benda dalam fluida . {\displaystyle {\frac {\text{massa jenis benda}}{\text{massa jenis fluida}}}={\frac {\text{berat}}{{\text{berat}}-{\text{berat benda dalam fluida}}}}.\,}[Formula ini digunakan misalnya dalam menggambarkan prinsip pengukuran dasymeter dan penimbangan hidrostatik.]
- ^ a b "What is buoyant force?". Khan Academy.
- ^ Acott, Chris [1999]. "The diving "Law-ers": A brief resume of their lives". South Pacific Underwater Medicine Society Journal. 29 [1]. ISSN 0813-1988. OCLC 16986801. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2011-04-02. Diakses tanggal 2009-06-13.
- ^ //physics.bu.edu/~duffy/sc527_notes01/buoyant.html
Diperoleh dari "//id.wikipedia.org/w/index.php?title=Prinsip_Archimedes&oldid=18734135"
Pengertian Hukum Archimedes – Pernah lihat film titanic? Film yang cukup menyedot perhatian dunia karena mengangkat kisah nyata tentang tenggelamnya kapal Titanic. Titanic dikenal sebagai kapal mewah. Pelayarannya pada saat itu sangat dinantikan. Peristiwa tenggelam kapal terjadi setelah kapal menabrak gunung es dan terjadi kebocoran.
Kapal yang semula berlayar tenang di lautan kemudian mengalami tabrakan sehingga agak menggesek ini mengakibatkan pelat lambung Titanic melengkung ke dalam di sejumlah tempat di sisi kanan kapal dan mengoyak lima dari enam belas kompartemen kedap airnya. Selama dua setengah jam selanjutnya, kapal perlahan terisi air dan tenggelam.
Kita akan menyaksikan penampakan penumpang serta benda- benda yang terapung dan juga penumpang serta benda-benda yang tenggelam pada film tersebut. Mengapa ada benda yang bisa tenggelam? Mengapa ada benda yang terapung? Dan mengapa ada benda yang melayang?
Nah, film ini sebetulnya penuh dengan teorinya Hukum Archimedes loh! teori ini digagas oleh seorang ilmuwan bernama Archimedes dari Yunani. Ada unik kisah dibalik penemuan hukum Archimedes, mau tahu?
Sejarah Hukum Archimedes
Jadi gini, Archimedes adalah seorang ilmuwan terkemuka yang berasal dari Syracuse, Yunani. Ilmuwan satu ini kemungkinan sih hidup di zaman 287 – 212 sebelum Masehi. Sebagai seorang ilmuwan besar di zaman itu, Archimedes dapat menguasai beberapa bidang sekaligus, mulai Matematika, Fisika, Filsafat, Astronomi, dan Teknik.
Archimedes yang hidup pada zaman sebelum adanya kertas maupun pensil, namun ia mampu merumuskan berbagai hukum mengenai gaya apung, prinsip tentang tuas, sistem katrol, dan masih banyak lagi yang dibahas dalam buku STD 16: ARCHIMEDES.
Hebat banget ya si Mbah ini, padahal dia orang jaman dahulu yang terbatas informasi, ponsel aja ga da. Lah kita yang segala tersedia belajar matematika bengong, ngerjain fisika bingung, ngintip kimia pingsan dadakan.
Archimedes mulai dikenal orang setelah ia mendapat perintah dari Raja Hiero II untuk membuktikan kemurnian emas mahkota milik sang raja. Entah iseng atau memang raja itu ingin mengetahui kehebatan Archimedes.
Ditantang tugas seperti itu, Archimedes pun sempat kebingungan. Namun ia berpikir keras untuk mendapatkan solusi masalah ini. Disaat kebingungannya memuncak karena belum juga mendapatkan cara untuk membuktikan kemurnian emas, Archimedes malah memilih lalu menceburkan dirinya ke dalam bak mandi.
Ya Archimedes juga kan manusia mungkin dia merasa otaknya dah mulai panas dan harus didinginkan dengan mandi.
Ketika ia masuk ke dalam bak mandi yang penuh dengan air, dia memperhatikan bahwa ternyata ada air yang tumpah ke lantai. Penasaran dia coba berulang-ulang.
Sambil pikiran menerawang memikirkan mahkota raja, sebuah ide pun turun. Dan dia sempat berteriak
“EUREKA!”
Tak dinyana dari kejadian dia mandi itu dia mendapatkan teori yang pada akhirnya kemudian bisa membuktikan kemurnian emas milik sang raja.
Makanya harus rajin mandi ya gaess, halah
Nah, bagaimana caranya Archimedes membuktikan⁰?. Berbekal hipotesisnya selepas mandi Archimedes lalu memasukkan mahkota ke dalam air. Perubahan volume air akibat masuknya mahkota tersebut lalu dijadikan dasar untuk menentukan massa jenis. Kemudian dia membagi massa mahkota dengan besarnya perubahan volume air.
Nah,Massa jenis yang ia dapat dari hasil percobaan itu lalu disamakan dengan massa jenis emas murni. Jadi dia masukkan mahkota dan emas murni ke dalam air dengan volume sama.
Eh, air yang terpindahkan oleh emas dengan mahkota tidaklah yang seharusnya sama ternyata didapatkan kenyataan beda.nah, didapatkanlah kesimpulan emas yang ada di mahkota raja ternyata bukanlah emas murni, tetapi campuran.
Sekarang kita bahas lebih dalam hukum Archimedes:
Pengertian / Bunyi Hukum Archimedes
Hukum archimedes berbunyi suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya
Jadi Hukum ini menjelaskan adanya keterkaitan gaya berat dan gaya ke atas pada suatu benda jika dimasukkan ke dalam air. Akibat adanya gaya angkat ke atas [gaya apung], tentunya benda yang ada di dalam zat cair beratnya akan mengalami pengurangan. Akibatnya benda yang diangkat dalam air akan terasa lebih ringan jika dibandingkan saat diangkat di darat.
Nah, hukum archimedes mengisyaratkan 3 keadaan
1.1. Tenggelam
Keadaan ini terjadi ketika massa jenis zat cair lebih kecil dari massa jenis benda. Contohnya besi atau baja akan tenggelam jika dimasukkan ke dalam air karena massa jenis besi lebih besar dari massa jenis air.
Pada keadaan tenggelam, berat benda di dalam cairan lebih besar dibandingkan gaya ke atas oleh cairan.
Gaya tekan air < berat benda
1.2. Melayang
Keadaan ini terjadi ketika massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda. Benda yang melayang berada di antara dasar bejana dan permukaan cairan. Contohnya telur yang dimasukkan ke dalam air yang lalu ditambahkan sedikit garam akan melayang karena massa jenis keduanya sama.
Gaya tekan air = berat benda
Hal yang sama terjadi pada ikan?ikan dapat menyamakan beratnya dengan berat air yang dipindahkan supaya bisa melayang. Caranya apakah ikan akan mengisi pundi-pundi berenangnya dengan udara.
1.3. Terapung
Keadaan ini terjadi saat massa jenis zat cair lebih besar dari massa jenis benda. Contohnya sterofoam atau plastik akan terapung jika dimasukkan ke dalam air. Contoh penerapan hukum archimedes benda terapung \
Gaya tekan air > berat benda.
Rumus Hukum Archimedes
Jadi Hukum Archimedes akan menghitung gaya tekan ke atas [Fa] dipengaruhi oleh 3 hal yaitu
2.1. massa jenis fluida [ ρ]
Semakin besar massa jenis fluidanya maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan sebaliknya
semakin besar kecil jenis fluidanya maka semakin kecil gaya atas yang dihasilkan
2.2. volume benda [v]
Semakin besar volume benda maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan, sebaliknya
Semakin kecil volume benda yang diangkat maka semakin kecil gaya atas yang dihasilkan
2.3. gravitasi benda [g]
Semakin besar gravitasi benda maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan, sebaliknya
Semakin kecil gravitasi benda yang diangkat maka semakin kecil gaya atas yang dihasilkan.
Rumus dari hukum Archimedes
F = ρ . g . V
Dimana Fa = gaya tekan keatas satuan Newton [N] ρ = massa jenis satuan Kg/L g = gravitasi satuan N /Kg
V= volume satuan m³
Untuk kondisi terapung , penerapan hukum archimedes adalah sebagai berikut:
misalkan ada kayu. Maka pada kayu tersebut ada 2 gaya yang bekerja yaitu gaya angkat air dan gaya berat kayu.
Besar gaya angkat sama dengan berat air yang di desak oleh bagian kayu yang berada di bawah permukaan air.
Fa = ρair . g . Vair
Dimana Vair = volume air yang terdesak oleh kayu [m³]
ρair = massa jenis air satuan Kg/L
Berat kayu adalah
w = ρkayu . g . Vtotal
w = berat kayu V total = volum kayu seluruhnya ρkayu = massa jenis kayu
Karena kayu diam di permukaan air, maka terjadi hubungan
Gaya angkat = berat kayu Fa = w
ρair.g. Vair= ρkayu . g . Vtotal
Karena g atau nilai gravitasi di ruas kanan dan kiri sama, maka akan diperoleh persamaan
ρair.Vair= ρkayu . Vtotal
Temukan berbagai rumus fisika lainnya pada Kamus Fisika yang merangkum berbagai jenis rumus fisika yang rumit dan cukup membingungkan yang berhubungan dengan benda yang ada di alam, gejala, serta kejiadan alam.
Contoh Soal Hukum Archimedes
3.1. Contoh Soal 1
Sebuah balok tercelup seluruhnya dalam minyak. Bila volume balok 8 m³, tentukan berat balok dalam minyak tanah yang memiliki massa jenis 800 kg/m³ , berapakah gaya angkat yang dialami balok
Penyelesaian
Diketahui :
Volume balok : V = 8 m³ gravitasi : 10 N/ Kg Massa jenis minyak ρ = 800 kg /m³ Ditanya: gaya angkat Fa? Jawab: Fa = ρ . g . V = 800 kg/ m³ . 10 N/kg . 8 m³
= 64.000 N
3.2. Contoh Soal 2
Sebuah batu tercelup seluruhnya dalam minyak.Bila volume balok 10 cm³, tentukan berat balok dalam air yang memiliki massa jenis 8
1000 kg/m³ , berapakah gaya angkat yang dialami balok [gravitasi: 10 N/kg]
Penyelesaian
Diketahui :
Volume balok : V = 10 cm³ = 10______ 1.000.000 = 1________ 100.000 = 10-6 m³ gravitasi : g = 10 N/ kg Massa jenis air : ρ = 1000 kg /m³ Ditanya: gaya angkat Fa? Jawab: Fa = ρ . g . V = 1000 kg/ m³ . 10 N/kg . 10-6 m³ = 103 . Kg/ m³ .10 N/kg. 10-6 m³ = 10-2 N
= 0,01 N
3.3. Contoh Soal 3
Diketahui balok dengan tinggi 30 cm mempunyai massa jenis 750 kg/m³ mengapung di atas zat cair yang massa jenisnya 1.200 kg/ m³ tinggi balok yang muncul ke permukaan..
Penyelesaian :
Tinggi balok = 30 cm³ = 30 m³ 1.000.000 = 3
100.000
= 3. 10⁵m³ Massa jenis balok : ρbalok= 750 kg /m Massa jenis zat cair : ρcair= 1.200kg /m³ Volume balok keseluruhan = Vt Volume balok yang tenggelam : V1
Ditanya: tinggi balok yang muncul di permukaan
ρzatcairV1= ρbenda. Vtotal
1.200 V1 = 750 Vt V1 = 750 Vt 1.200 V1 = 75 Vt 120 kita bagi 15 V 1 = 5 Vt 8 Jika keseluruhan balok dianggap 1 bagian Maka tinggi balok yang muncul dipermukaan bisa kita cari V2 = Vt – V1 = 1 – ⅝ V = ⅜ Karena V total = 30 cm Maka V2 = ⅜ .30 cm = 11,25 cm
Jadi V2 atau tinggi yang muncul di permukaan 11,25 cm
3.4. Contoh Soal 4
Sebuah bola tercelup seluruhnya dalam air. Bila air massa jenis 1.000 kg/m³ , dan gaya angkat yang dialami bola 0, 2 N Berapakah volume bola ?
Penyelesaian :
Diketahui Gaya angkat : Fa = 0,2 N gravitasi : 10 N/ Kg Massa jenis air : ρ = 1.000 kg /m³ Ditanyakan : volume : V = …? Jawab: Fa = ρ . g . V 0,2 N = 1000 kg/m³ . 10 N/ Kg . V 0,2 N = 10.000. V N. m³ 0,2 N = 10⁴ . V. N/ m³ V = 0,2 N 10⁴ N/ m³ = 2.10³ m³
= 2.000 m³
3.5 Contoh Soal 5
Berat sepotong logam di udara 0,63 N. Jika ditimbang dalam minyak tarbantin, logam mengalami pengurangan berat sebesar 0,0522 N. Berapakah beratnya jika ditimbang bensin? Diketahui massa jenis bensin 700 kg/ m³ dan massa jenis minyak tarbantin 870 kg/ m³
Diketahui: Gaya angkat minyak tarbatin :Fa1 = 0,0522 N Massa jenis minyak tarbantin : ρ1= 870 kg /m³ Massa jenis bensin : ρ1= 700 kg /m³ Fa1= ρ1. g . V 0,0522 N = 870kg/m³ . 10 N/ Kg . V 0,0522 N = 8700 N/ m³ V V = 0,0522 N 8700 N = 522.10-4 N 87.10² N/m³
= 6.10-6 m³
Kita cari gaya angkat bensin Fa2= ρ2. g . V = 700kg/m³ . 10 N/ Kg . 6.10-6 m³ = 7.10² kg/m³ .10 N/ Kg . 6.10-6 m³ = 42.10-3 N = 0,042 N Jadi , berat logam dalam bensin adalah selisih gaya angkat pada minyak tarbantin dengan bensin W logam = 0,63 N – 0,042 N
= 0,588N
3.6. Contoh Soal 6
Sepotong es memiliki massa jenis 900 kg/ m³ terapung di air laut yang massa jenisnya 1.030 kg/m³. Bila volume bagian es yang menonjol di air laut 0,65 m³. Berapakah volume es seluruhnya?
Penyelesaian Diketahui: Massa jenis es: ρes = 900 kg/ m³ Massa jenis air: ρair = 1.030 kg/ m³ Volume menonjol :V1 = 0,65 m³
Misalnya volume es seluruhnya kita simbolkan dengan Vtotal
ρair.Vair= ρes . Vtotal
1.030 kg/ m³ [ Vtotal-V1] m³= 900. Vtotal 1.030 kg/ m³ [ Vtotal – 0,65 m³] = 900 kg/ m³ .Vtotal 1.030 kg/ m³ Vtotal – [1.030.0,65 kg/m³ .m³] = 900 kg/ m³. Vtotal 1.030 kg/ m³ Vtotal – [6.695 kg / m³.m³] = 900 kg / m³ .Vtotal [1.030 Vtotal – 900 Vtotal] kg/ m³= 669,5 kg /m³.m³ 130 kg / m³. Vtotal = 669,5 kg / m³.m³ Vtotal = 669,5 kg/m³.m³ 130 kg/ m³
= 5,15 m³
3.7. Contoh Soal 7
Sebuah benda bermassa jenis 1.200 kg/ m³ terapung pada zat cair 1/5nya, massa jenis benda tersebut adalah… Penyelesaian: Diketahui Massa jenis zat cair : ρ1= 1200 kg/ m³ Volume terapung = V1 Volume total = V1 V1= ⅕ Vt Volume tercelup= V2 V2= Vtotal – V1 = 1- ⅕ = ⅘ Vt Ditanya:
massa jenis benda: ρbenda
Jawab:
ρ1.Vt = ρbenda. V2
1200 kg/ m³. Vt = ρbenda. ⅘ Vt ρbenda= 1200 kg/ m³. Vt ⅘ Vt
= 960 kg / m³
Berbagai soal dan pembahasan lainnya yang dapat membantu Grameds untuk lebih memahami hukum archimedes juga dapat kamu temukan pada Buku Saku Pintar Fisika: Kumpulan Rumus dan Aplikasi SMA/MA Kelas 10,11,12 dibawah ini.
Contoh Penerapan Hukum Archimedes
Hukum Archimedes banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa contoh benda yang menggunakan hukum ini adalah
1. Kapal selam
Uniknya kapal selam dia bisa mengapung, dia sanggup melayang dan dia baik-baik saja menyelam. Kapal selam akan mengatur massa jenisnya di dalam air sehingga posisinya bisa menyelam, melayang atau mengapung di permukaan air . Caranya adalah dengan mengeluarkan atau memasukkan air untuk mengurangi atau menambahkan massanya
Kenali berbagai fakta menarik tentang kapal selam ini melalui buku Mengenal Alat Transportasi Bersama Mike: Kapal Selam karya David West.
2. Kapal Laut
Aneh ga sih, Kapal laut kan biasanya terbuat dari baja atau besi, nah kok bisa tetap mengapung di atas laut, harusnya dengan bahan berat begitu tenggelam dong?
Mengapa demikian? Nah, ternyata Hal ini karena gaya angkat pada kapal sebanding dengan berat kapal. Bagaimana caranya? Begini ,Kapal laut memiliki bentuk berongga sehingga volume air yang dipindahkan lebih besar dan gaya angkat ke atas lebih besar juga.
Nah, kapal Titanic bisa tenggelam kemungkinan karena fungsi rongga untuk memindahkan air sudah rusak sehingga berat kapal menjadi lebih besar dari air. Pengetahuan lengkap seputar kapal laut beserta transportasi air lainnya bisa kamu temukan pada buku Ensiklopedia Junior: Kapal Laut.
3. Balon udara
Ternyata Penerapan Hukum Archimedes juga berlaku pada benda jenis gas yaitu pada balon udara loh. Kan gas memiliki sifat nyaris sama dengan air.
Konsepnya balon udara adalah , Agar dapat melayang di udara, balon udara diisi dengan gas yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada massa jenis udara di atmosfer.
Selesai sudah pembahasan Hukum Archimedesnya. Semoga bisa dipahami dan diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari.
Rekomendasi Buku & Artikel
Layanan Perpustakaan Digital B2B Dari Gramedia
ePerpus adalah layanan perpustakaan digital masa kini yang mengusung konsep B2B. Kami hadir untuk memudahkan dalam mengelola perpustakaan digital Anda. Klien B2B Perpustakaan digital kami meliputi sekolah, universitas, korporat, sampai tempat ibadah.
- Custom log
- Akses ke ribuan buku dari penerbit berkualitas
- Kemudahan dalam mengakses dan mengontrol perpustakaan Anda
- Tersedia dalam platform Android dan IOS
- Tersedia fitur admin dashboard untuk melihat laporan analisis
- Laporan statistik lengkap
- Aplikasi aman, praktis, dan efisien